Análise experimental do comportamento mecânico de conectores formados por placas perfuradas de GFRP para painéis sanduíche
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Summary: | Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil, 2025.Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil, 2025. |
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Tese (Doutorado em Estruturas e Construção Civil) — Universidade de Brasília, Brasília, 2025.http://repositorio.unb.br/handle/10482/53128Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil, 2025.Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil, 2025.A presente pesquisa investigou o comportamento mecânico de conexões formadas por conectores do tipo PERFOFRP (perforated GFRP), aplicados em painéis sanduíche de concreto pré-moldado, por meio de um programa experimental abrangente e da formulação de modelos analíticos de previsão da resistência. O estudo envolveu quatro séries de ensaios de cisalhamento duplo, totalizando 70 corpos de prova, concebidos para avaliar os efeitos da disposição e do diâmetro dos furos, da distância entre furos e bordas, da espessura do reforço de PRFV e da introdução de modificações artificiais nos mecanismos resistentes. A diversidade de configurações ensaiadas possibilitou compreender, de forma sistemática, como cada parâmetro geométrico ou mecanismo contribui para a resposta força–deslocamento, para a rigidez inicial, para a capacidade última e para a dissipação de energia das conexões. Os resultados experimentais revelaram que a geometria dos furos exerce impacto decisivo tanto sobre a propagação das fissuras quanto sobre a ductilidade e a energia absorvida. Conectores com maior espaçamento entre furos ou com espessura intermediária de reforço mostraram desempenho mais equilibrado, enquanto disposições muito rígidas ou excessivamente reforçadas resultaram em comportamento frágil. A aderência entre PRFV e concreto foi identificada como o mecanismo de maior influência na resistência. Além disso, os ensaios confirmaram que o número de perfurações tem efeito mais expressivo sobre a fissuração e a dissipação de energia do que o diâmetro isoladamente. Com base nas evidências experimentais, foram propostos modelos analíticos capazes de estimar a capacidade última dos conectores PERFOFRP considerando diferentes modos de ruptura: cisalhamento dos pinos de concreto, falha do PRFV na região entre camadas de concreto, ruptura do PRFV confinado e perda de aderência. As equações apresentaram boa correlação com os resultados de ensaio, com erros médios inferiores a 16% em diversos casos, demonstrando potencial para aplicação prática no dimensionamento de painéis sanduíche com esse tipo de conector. As contribuições principais deste trabalho incluem a definição de um banco experimental inédito para conectores PERFOFRP, a identificação de parâmetros geométricos e mecanismos mais influentes na resistência e na ductilidade, e a proposição de modelos de previsão fundamentados em princípios mecânicos e validados experimentalmente. Por outro lado, as conclusões estão limitadas às configurações ensaiadas, em especial aos conectores fabricados com PRFV de 2 mm e 4 mm de espessura, com diâmetros variando entre 12 mm e 19 mm e arranjos geométricos específicos. Em síntese, a pesquisa fornece subsídios relevantes para o desenvolvimento de painéis sanduíche mais eficientes do ponto de vista estrutural, contribuindo para o avanço do emprego de materiais compósitos em sistemas construtivos pré-moldados. Os resultados reforçam a viabilidade técnica dos conectores PERFOFRP e oferecem ferramentas para seu dimensionamento, mas também apontam a necessidade de investigações complementares (experimentais, analíticas e numéricas) que ampliem a aplicabilidade prática dos modelos e consolidem sua adoção em projetos de engenharia.This research investigated the mechanical behavior of connections formed by PERFOFRP (perforated GFRP) connectors, applied in precast concrete sandwich panels, through a comprehensive experimental program and the formulation of analytical models for strength prediction. The study comprised four series of double-shear tests, totaling 70 specimens, designed to evaluate the effects of hole arrangement and diameter, hole-to-edge distance, FRP reinforcement thickness, and the introduction of artificial modifications to the resistant mechanisms. The diversity of tested configurations made it possible to systematically understand how each geometric parameter or mechanism contributes to the load–slip response, initial stiffness, ultimate strength, and energy dissipation of the connections. The experimental results revealed that hole geometry has a decisive impact on both crack propagation and the ductility and energy absorption of the connections. Connectors with larger hole spacing or intermediate reinforcement thickness exhibited more balanced performance, whereas very rigid or excessively reinforced configurations resulted in brittle behavior. Adhesion between GFRP and concrete was identified as the most influential mechanism in the resistance. In addition, the tests confirmed that the number of perforations had a more significant effect on cracking and energy dissipation than hole diameter considered in isolation. Based on the experimental evidence, analytical models were proposed to estimate the ultimate capacity of PERFOFRP connectors, considering different failure modes: shear of concrete dowels in the holes, failure of GFRP in the region between concrete layers, failure of confined GFRP, and loss of adhesion at the GFRP–concrete interface. The equations showed good correlation with the test results, with mean errors below 16% in several cases, demonstrating potential for practical application in the design of sandwich panels with this type of connector. The main contributions of this work include the definition of an unprecedented experimental database for PERFOFRP connectors, the identification of the most influential geometric parameters and mechanisms in resistance and ductility, and the proposal of prediction models grounded in mechanical principles and experimentally validated. On the other hand, the conclusions are limited to the tested configurations, particularly connectors manufactured with GFRP thicknesses of 2 mm and 4 mm, with hole diameters ranging from 12 mm to 19 mm and specific geometric arrangements. In summary, this research provides relevant insights for the development of structurally more efficient sandwich panels, contributing to the advancement of composite materials in precast construction systems. The results reinforce the technical feasibility of PERFOFRP connectors and provide tools for their design, while also highlighting the need for complementary investigations (experimental, analytical, and numerical) to broaden the practical applicability of the models and consolidate their adoption in engineering projects.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC)Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção CivilporA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.unb.br, www.ibict.br, www.ndltd.org sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra supracitada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessAnálise experimental do comportamento mecânico de conectores formados por placas perfuradas de GFRP para painéis sanduícheinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisPainéis pré-moldados de concreto com isolamento incorporadoConectores de cisalhamentoCisalhamento duploreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBORIGINALJohnKennedyFonsecaSilva_TESE.pdfapplication/pdf14361015http://repositorio.unb.br/bitstream/10482/53128/1/JohnKennedyFonsecaSilva_TESE.pdf9c0105c5751aaa60414d0a300d5ebb53MD51open access10482/531282025-11-17 18:12:08.536open accessoai:repositorio.unb.br:10482/53128Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2025-11-17T21:12:08Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB) |
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